Fotodetektorlar va kesish to'lqin uzunliklari

Fotodetektorlarva kesish to'lqin uzunliklari

Ushbu maqola fotodetektorlarning materiallari va ish printsiplariga (ayniqsa, tarmoqli nazariyaga asoslangan javob mexanizmiga), shuningdek, turli yarimo'tkazgich materiallarining asosiy parametrlari va qo'llanilish stsenariylariga qaratilgan.
1. Asosiy printsip: Fotodetektor fotoelektr effekti asosida ishlaydi. Tushgan fotonlar valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga elektronlarni qo'zg'atish uchun yetarli energiya (materialning Eg tasma kengligidan kattaroq) olib yurishi kerak, bu esa aniqlanadigan elektr signalini hosil qiladi. Foton energiyasi to'lqin uzunligiga teskari proportsionaldir, shuning uchun detektor "kesish to'lqin uzunligi"ga (λ c) ega - bu javob bera oladigan maksimal to'lqin uzunligi, undan tashqarida u samarali javob bera olmaydi. Kesish to'lqin uzunligini λ c ≈ 1240/Eg (nm) formulasi yordamida hisoblash mumkin, bu yerda Eg eV da o'lchanadi.
2. Asosiy yarimo'tkazgich materiallari va ularning xususiyatlari:
Silikon (Si): tarmoqli kengligi taxminan 1,12 eV, kesish to'lqin uzunligi taxminan 1107 nm. 850 nm kabi qisqa to'lqin uzunligini aniqlash uchun mos keladi, odatda qisqa masofali ko'p rejimli optik tolali ulanishlar (masalan, ma'lumotlar markazlari) uchun ishlatiladi.
Gallium arsenidi (GaAs): tasma oralig'i kengligi 1,42 eV, kesish to'lqin uzunligi taxminan 873 nm. 850 nm to'lqin uzunligi diapazoni uchun mos keladigan, uni bitta chipda bir xil materialdan tayyorlangan VCSEL yorug'lik manbalari bilan birlashtirish mumkin.
Indiy galliy arsenidi (InGaAs): Tarmoqli bo'shliq kengligi 0,36 ~ 1,42 eV oralig'ida sozlanishi mumkin va kesish to'lqin uzunligi 873 ~ 3542 nm ni qoplaydi. Bu 1310 nm va 1550 nm optik tolali aloqa oynalari uchun asosiy detektor materialidir, ammo InP substratini talab qiladi va kremniy asosidagi sxemalar bilan integratsiya qilish murakkab.
Germaniy (Ge): taxminan 0,66 eV diapazon kengligi va taxminan 1879 nm kesish to'lqin uzunligi bilan. U 1550 nm dan 1625 nm gacha (L-diapazon) ni qoplashi mumkin va kremniy substratlari bilan mos keladi, bu esa uni uzun diapazonlarga javobni kengaytirish uchun amaliy yechimga aylantiradi.
Kremniy germaniy qotishmasi (masalan, Si0.5Ge0.5): o'tkazuvchanlik diapazoni kengligi taxminan 0.96 eV, kesish to'lqin uzunligi taxminan 1292 nm. Kremniyga germaniy qo'shish orqali reaksiya to'lqin uzunligini kremniy substratidagi uzunroq polosalarga uzaytirish mumkin.
3. Ilova stsenariysi assotsiatsiyasi:
850 nm diapazon:Silikon fotodetektorlariyoki GaAs fotodetektorlaridan foydalanish mumkin.
1310/1550 nm diapazoni:InGaAs fotodetektorlariasosan ishlatiladi. Sof germaniy yoki kremniy germaniy qotishma fotodetektorlari ham ushbu diapazonni qamrab olishi mumkin va kremniy asosidagi integratsiyada potentsial afzalliklarga ega.

Umuman olganda, tarmoqli nazariyasi va kesish to'lqin uzunligining asosiy tushunchalari orqali fotodetektorlardagi turli yarimo'tkazgich materiallarining qo'llanilish xususiyatlari va to'lqin uzunligini qoplash diapazoni tizimli ravishda ko'rib chiqildi va material tanlash, optik tolali aloqa to'lqin uzunligi oynasi va integratsiya jarayonining narxi o'rtasidagi yaqin bog'liqlik ko'rsatildi.